換熱器的傳熱系數(shù)k-在線瀏覽
2024-08-08 01:02本頁(yè)面
【正文】 ，如第五節(jié)中圖4－25所示。正方形直列排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)合；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角排列時(shí)為低。 管子在管板上排列的間距 (指相鄰兩根管子的中心距)，隨管子與管板的連接方法不同而異。焊接法取t=。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有4和6程等四種。 管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即: (4121) 式中 u―――管程內(nèi)流體的適宜速度， m/s； u′―――管程內(nèi)流體的實(shí)際速度， m/s。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程，但由于縱向隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。 6. 折流擋板 安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動(dòng)程度加劇，以提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的10～40％，一般取20～25％，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的h值為:固定管板式的有150、300和600mm三種；浮頭式的有150、200、300、480和600mm五種。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降?！?7. 外殼直徑的確定 換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。為了使管子排列均勻，防止流體走短路，可以適當(dāng)增減一些管子?！ c值可由下面的公式計(jì)算。 按計(jì)算得到的殼徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，見(jiàn)表415?！ 【彌_擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 流速u的經(jīng)驗(yàn)值為: 對(duì)液體 u=～2 m/s對(duì)蒸汽 u=20～50 m/s 對(duì)氣體 u=(15～20)p/ρ (p為壓強(qiáng)，單位為atm ；ρ為氣體密度，單位為kg/ ) 9． 材料選用 列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價(jià)格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。對(duì)于多程換熱器，其總阻力 Δpi等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。 上式中直管壓強(qiáng)降Δp1可按第一章中介紹的公式計(jì)算；回彎管的壓強(qiáng)降Δp2由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即: (4126) (2) 殼程流體阻力 現(xiàn)已提出的殼程流體阻力的計(jì)算公式雖然較多，但是由于流體的流動(dòng)狀況比較復(fù)雜，使所得的結(jié)果相差很多。； fo殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Reo＞500時(shí)， nC橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)；NB折流板數(shù)； h 折流板間距，m； uo按殼程流通截面積Ao計(jì)算的流速，而 。設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器的工藝尺寸應(yīng)在壓強(qiáng)降與傳熱面積之間予以權(quán)衡，使既能滿足工藝要求，又經(jīng)濟(jì)合理。 (2) 根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷Q?！?(4) 計(jì)算平均溫度差，決定殼程數(shù)。 (6) 由總傳熱速率方程 Q＝KSΔtm，初步算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸(如d、L、n及管子在管板上的排列等)，或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理或滿足工 藝要求。 3． 核算總傳熱系數(shù) 計(jì)算管、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)αi 和αo，確定污垢熱阻Rsi和Rso，再計(jì)算總傳熱系數(shù)K39。/K＝～，則初選的設(shè)備合適。 通常，進(jìn)行換熱器的選擇或設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足傳熱要求的前提下，再考慮其他各項(xiàng)的問(wèn)題。例如，若設(shè)計(jì)的換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降(阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降降低，但卻又要受到安裝換熱器所能允許的尺寸的限制，且換熱器的造價(jià)也提高了?？傊?，設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合分析考慮上述諸因素，給予細(xì)心的判斷，以便作出一個(gè)適宜的設(shè)計(jì)。 按生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算換熱器的換熱量Q。 確定冷、熱流體的流動(dòng)途徑。 初算平均傳熱溫度差。 根據(jù)初算的換熱面積進(jìn)行換熱器的尺寸初步設(shè)計(jì)。 核算Ｋ。 1校核傳熱量，要求有15－25％的裕度。 二、機(jī)械設(shè)計(jì) 殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算。 換熱器法蘭選擇。 管子拉脫力計(jì)算。 溫差應(yīng)力的計(jì)算。 繪制主要零部件圖。 在逆流換熱時(shí)，當(dāng)流體出口終溫與熱流體入口初溫接近時(shí)，熱利用率高，但傳熱強(qiáng)度最小，需要的傳熱面積最大。 冷端溫差（小溫差）不小于5℃。 二、平均溫差的計(jì)算 設(shè)計(jì)時(shí)初算平均溫差Dtｍ，均將換熱過(guò)程先看做逆流過(guò)程計(jì)算。 當(dāng) 時(shí)，可用算術(shù)平均值 。 （2－2）式中 是按逆流計(jì)算的平均溫差，校正系數(shù) 可根據(jù)換熱器不同情況由化工原理教材有關(guān)插圖查出。 三、傳熱總系數(shù)Ｋ的確定 計(jì)算Ｋ值的基準(zhǔn)面積，習(xí)慣上常用管子的外表面積 。表2－1為常見(jiàn)列管式換熱器Ｋ值的大致范圍。 （2－3）式中：a－給熱系數(shù)，W/m2.℃；R－污垢熱阻，m2.℃／W；δ－管壁厚度，mm；λ－管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.℃；下標(biāo)ｉ、ｏ、ｍ分別表示管內(nèi)、管外和平均。 式中的給熱系數(shù)a，在列管式換熱器設(shè)計(jì)中常采用有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值公式計(jì)算給熱系數(shù)a，工程上常用的一些計(jì)算a的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在《化工原理》已作了介紹，設(shè)計(jì)時(shí)從中選用。 （2－4）（2－5）式中： － 基于外表面 的傳熱系數(shù)，W/m2.℃－管子外徑，ｍ；L－每根管子的有效長(zhǎng)度，ｍ； n－管子的總數(shù) 管子的有效長(zhǎng)度是指管子的實(shí)際長(zhǎng)度減去管板、擋板所占據(jù)的部分。 五、主要工藝尺寸的確定 當(dāng)確定了傳熱面積 后，設(shè)計(jì)工作進(jìn)入換熱器尺寸初步設(shè)計(jì)階段，包括以下內(nèi)容： 管子的選用。 大管徑的管子用于粘性較大或易結(jié)垢的流體。 管子的選擇要考慮清
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